環(huán)境溫度作用下中空玻璃密封單元變形解析

我國節(jié)能建筑門窗幕墻中應(yīng)用最廣泛的節(jié)能玻璃就是中空玻璃。中空玻璃由兩片或兩片以上玻璃構(gòu)成，中間采用帶有干燥劑的鋁間隔框條隔開，周邊用密封膠密封。中空玻璃的耐久性與可靠性主要取決于邊部密封單元的健康狀態(tài)及其完整性。密封單元一旦失效，不僅影響中空玻璃的節(jié)能功效，還會(huì)給中空玻璃的使用安全帶來隱患。

　　中空玻璃邊部密封單元由第1道密封膠和第2道密封膠組成，第1道密封膠為丁基膠，它與鋁間隔框條共同承擔(dān)著隔絕水氣的作用；第2道密封膠多采用硅酮膠或聚硫膠，承擔(dān)中空玻璃邊緣結(jié)構(gòu)性粘結(jié)的作用。目前，研究者普遍比較關(guān)注中空玻璃制造過程中的材料性能、施工工藝、氣密性等對(duì)中空玻璃密封單元性能的影響，即中空玻璃本身的質(zhì)量問題。卻忽略了中空玻璃應(yīng)用過程中，因環(huán)境溫度變化對(duì)中空玻璃密封單元性能造成的不利影響。

　　中空玻璃在服役過程中，因受到環(huán)境溫度變化、室內(nèi)外溫差等因素循環(huán)作用，其邊部密封單元會(huì)產(chǎn)生一定的擴(kuò)張和錯(cuò)位變形，變形過大就會(huì)發(fā)生第1道密封膠被擠出現(xiàn)象，導(dǎo)致第1道密封膠寬度和厚度不足，甚至脫膠、斷膠，嚴(yán)重影響中空玻璃的性能及使用壽命，甚至造成中空玻璃完全失效。實(shí)際幕墻工程中，中空玻璃第1道密封膠被擠出造成第1道密封膠斷膠、鋁框條露出的現(xiàn)象非常普遍。這種情況并不是由于中空玻璃本身的質(zhì)量問題引起的，而是由于環(huán)境溫度變化作用造成的。并且，隨著中空玻璃尺寸的不斷大型化，環(huán)境溫度作用造成的中空玻璃邊緣錯(cuò)位變形也在增大，對(duì)中空玻璃密封單元失效的影響同樣增大。

　　中空玻璃內(nèi)、外片溫差作用引起的中空玻璃密封單元變形

　　中空玻璃應(yīng)用過程中，必然受到室內(nèi)外溫差作用，在北方寒冷的冬季，室內(nèi)外溫差甚至達(dá)到60℃以上。室內(nèi)外溫差作用帶來的中空玻璃內(nèi)、外玻璃片溫差導(dǎo)致內(nèi)、外玻璃片產(chǎn)生明顯的伸縮變形差異，進(jìn)而造成中空玻璃密封單元產(chǎn)生應(yīng)力和變形：溫度低的一面玻璃縮收，而溫度高的一面玻璃伸長(zhǎng)，這樣的邊部錯(cuò)位變形會(huì)引起中空玻璃邊緣第1道密封膠錯(cuò)位，并被擠出。

　　這種情況下，中空玻璃邊緣密封單元錯(cuò)位變形量隨著二道密封膠打膠寬度的增大而減小，隨著打膠厚度（中空層厚度）的增大而增大。但是，由于結(jié)構(gòu)膠本身剪切模量要比玻璃彈性模量小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，二道密封結(jié)構(gòu)膠對(duì)玻璃變形的約束比較有限，中空玻璃內(nèi)、外片溫差導(dǎo)致的兩片玻璃變形差對(duì)中空玻璃邊緣密封單元錯(cuò)位變形起決定作用。中空玻璃密封單元錯(cuò)位變形量與其長(zhǎng)邊尺寸基本呈線性關(guān)系，因此，對(duì)于超大型中空玻璃結(jié)構(gòu)（目前已有中空玻璃產(chǎn)品最大邊長(zhǎng)尺寸超過15m），中空玻璃邊緣錯(cuò)位變形量相對(duì)較大，其對(duì)第1道密封膠錯(cuò)位變形影響更需引起注意。

　　環(huán)境溫差作用下中空玻璃密封單元變形

　　中空玻璃中空層密閉氣體在環(huán)境溫度變化作用下會(huì)產(chǎn)生“呼吸”作用，當(dāng)中空玻璃使用環(huán)境溫度低于生產(chǎn)環(huán)境溫度時(shí)，中空玻璃會(huì)發(fā)生內(nèi)凹，引起第1道密封膠外溢；當(dāng)中空玻璃使用環(huán)境溫度高于生產(chǎn)環(huán)境溫度時(shí)，中空玻璃會(huì)發(fā)生外凸，一旦玻璃外凸變形過大，就會(huì)導(dǎo)致第1道密封膠被拉開脫膠。上述情況往復(fù)循環(huán)，特別是環(huán)境溫度與內(nèi)、外片溫差共同作用，更加速了中空玻璃邊緣第1道密封膠的失效。

　　環(huán)境溫度變化作用下，中空玻璃內(nèi)部空腔與外界空氣產(chǎn)生氣壓差，玻璃受均布?jí)翰钭饔�，彎曲成一球面。這種情況下，大尺寸中空玻璃邊部變形比小尺寸更小，邊緣密封單元最大變形量只為微米級(jí)。

　　小結(jié)

　　可見，除了中空玻璃本身的質(zhì)量外，環(huán)境溫度對(duì)中空玻璃性能的耐久性和可靠性也有重要影響。內(nèi)、外片溫差作用對(duì)中空玻璃影響主要是邊緣密封單元的錯(cuò)位變形。錯(cuò)位變形隨中空玻璃尺寸增大而增大，且近似呈線性關(guān)系，因此，大尺寸中空玻璃邊緣錯(cuò)位變形對(duì)其性能影響更大。而環(huán)境溫度作用下中空玻璃“呼吸”作用引起的邊緣第1道密封膠變形僅在微米級(jí)范圍內(nèi)，且隨中空玻璃尺寸增大而減小。